Музейное собрание, начало которому положил М.И.Чайковский, превратилось в одно из крупнейших и насчитывает более двухсот тысяч единиц хранения. Основную часть его составляет фонд П.И.Чайковского, состоящий из коллекции в подлинниках творческого и личного архива композитора, а также в копиях и микрофильмах документов, которые находятся в других архивах страны и за рубежом, в частном владении.

 Богатейший по количеству и уникальности, этот фонд представляет исключительный интерес для изучения жизни и творчества П.И.Чайковского. Ни один исследователь не может обойтись без рукописных, изобразительных и документальных фондов музея, к которым постоянно обращаются музыковеды, музыканты-исполнители, театральные деятели, художники, литераторы, краеведы.

 Библиотека композитора, его дневники, письма, записные книжки, эскизы сочинений, составляющие ядро музейного собрания, личные вещи, портреты, альбомы с фотографиями родных, близких, товарищей по искусству, великих современников, сувениры, привезенные им из разных стран, подношения от почитателей его таланта, письма к Чайковскому - все это ярко раскрывает личность мастера, его мировоззрение, его отношение к людям, искусству, природе, его образ жизни и метод работы.

 В музее собрана коллекция документов о жизни, творчестве П.И.Чайковского, сценической истории и истории исполнительских интерпретаций его произведений. Создана систематическая коллекция фотографий, афиш, программ исполнения музыки от прижизненных до современных. Музей также собирает исследования, посвященные композитору - как изданные, так и неопубликованные.

 Значительное место в собрании занимает раздел, посвященный Международным конкурсам имени П.И.Чайковского, а также коллекция произведений изобразительного искусства (живопись, графика, скульптура) и особенно такой раздел ее, как "Сценография", который включает в себя эскизы декораций и костюмов к произведениям Чайковского ведущих театральных художников с конца XIX века до наших дней, театральные костюмы, в которых выдающиеся певцы и танцовщики создавали образы героев гениальных опер и балетов великого композитора.

 На протяжении всей истории музея в нем исторически сложились и продолжают формироваться фонды рода Чайковских - Давыдовых, личные фонды М.И.Чайковского и русских музыкантов из окружения П.И.Чайковского - композиторов, исполнителей его музыки, исследователей: С.И.Танеева, А.С.Аренского, А.А.Брандукова, У.О.Авранека, Е.А.Лавровской, Н.Ф.Финдейзена, Э.Ф.Направника и многих, многих других.

 Музей владеет также книжным и нотным собранием, включающим систематическую коллекцию изданий произведений П.И.Чайковского, трудов о нем, личные библиотеки своих фондообразователей.

 Обладая такими сокровищами, музей ведет большую научную работу по изучению и пропаганде жизни и творчества П.И.Чайковского, публикует его музыкальное и литературное наследие, организовывает научные конференции, выставки- публикации как в России, так и за ее пределами. Такие выставки экспонировались в Москве, Минске, Праге, Софии, Берлине, Токио, Мюнхене, Нью-Йорке и других городах мира.

 Первым капитальным трудом, подготовленным на основе материалов музея-заповедника, была трехтомная биография композитора, написанная его братом Модестом Ильичом. Затем последовали публикации дневников Чайковского, летописи его жизни и творчества, справочника "Музыкальное наследие", а также начатое в 1940 году и возобновленное после войны издание полного собрания сочинений, в подготовке которого деятельное участие принимали сотрудники музея.

 В настоящее время музей участвует в работе над новым академическим изданием полного собрания сочинения П.И.Чайковского. Цель этого нового издания - опубликовать абсолютно все написанное композитором: как законченные его произведения, так и незавершенные, а также обнаруженные за последние годы неизвестные страницы его музыкального наследия, познакомить мир со всеми существующими версиями его произведений.